JP6434311B2 - リチウムイオンキャパシタ - Google Patents
リチウムイオンキャパシタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP6434311B2 JP6434311B2 JP2014558573A JP2014558573A JP6434311B2 JP 6434311 B2 JP6434311 B2 JP 6434311B2 JP 2014558573 A JP2014558573 A JP 2014558573A JP 2014558573 A JP2014558573 A JP 2014558573A JP 6434311 B2 JP6434311 B2 JP 6434311B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- lithium ion
- separator
- less
- amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/04—Hybrid capacitors
- H01G11/06—Hybrid capacitors with one of the electrodes allowing ions to be reversibly doped thereinto, e.g. lithium ion capacitors [LIC]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/34—Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/50—Electrodes characterised by their material specially adapted for lithium-ion capacitors, e.g. for lithium-doping or for intercalation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/52—Separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
これらの蓄電システムにおいて、第一の要求事項は、用いられる蓄電素子のエネルギー密度が高いことである。この様な要求に対応可能な高エネルギー密度蓄電素子の有力候補として、リチウムイオン電池の開発が精力的に進められている。
第二の要求事項は、出力特性が高いことである。例えば、高効率エンジンと蓄電システムとの組み合わせ(例えば、ハイブリッド電気自動車)、又は燃料電池と蓄電システムとの組み合わせ(例えば、燃料電池電気自動車)において、加速時には蓄電システムにおける高出力放電特性が要求されている。
現在、高出力蓄電素子としては、電極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタが開発されており、耐久性(特に、サイクル特性及び高温保存特性)が高く、0.5〜1kW/L程度の出力特性を有する。これら電気二重層キャパシタは、上記高出力が要求される分野で最適な蓄電素子と考えられてきたが、そのエネルギー密度は、1〜5Wh/L程度に過ぎず、実用化には出力持続時間が足枷となっている。
また、リチウムイオン電池においても、高出力化に向けての研究が進められている。
例えば、放電深度(すなわち、素子の放電容量の何%を放電した状態かを表す値)50%において3kW/Lを超える高出力が得られるリチウムイオン電池が開発されているが、そのエネルギー密度は、100Wh/L以下であり、リチウムイオン電池の最大の特徴である高エネルギー密度を敢えて抑制した設計となっている。また、その耐久性(特に、サイクル特性及び高温保存特性)については電気二重層キャパシタに比べ劣る。それ故に、実用的な耐久性を持たせるためには放電深度が0〜100%の範囲よりも狭い範囲でしかリチウムイオン電池を使用できないので、実際に使用できる容量はさらに小さくなり、耐久性をより一層向上させるための研究が精力的に進められている。
さらに別の例としては、ポリオレフィン多孔膜の少なくとも片面に、無機フィラー及び樹脂バインダーを含む多孔層を備える多層多孔膜と、その多層多孔膜をセパレータとして用いるリチウムイオン二次電池とが、提案されている(以下、引用文献2、3参照)。
上記の様に高出力密度、高エネルギー密度、及び耐久性を兼ね備えた蓄電素子の実用化が強く求められているが、上述した既存の蓄電素子には一長一短がある。そのため、これらの技術的要求を充足する新たな蓄電素子が求められており、有力な候補としてリチウムイオンキャパシタと呼ばれる蓄電素子の開発が近年盛んである。
上述のように、正極・負極の双方において非ファラデー反応による充放電を行う電気二重層キャパシタは、出力特性に優れるが、エネルギー密度が小さい。一方、正極・負極の双方においてファラデー反応による充放電を行う二次電池であるリチウムイオン電池においては、エネルギー密度に優れるが、出力特性に劣る。リチウムイオンキャパシタは、正極では非ファラデー反応、負極ではファラデー反応による充放電を行うことによって、優れた出力特性と高いエネルギー密度との両立を狙う新たな蓄電素子である。
リチウムイオンキャパシタを用いる用途としては、鉄道又は建機、自動車用蓄電が挙げられる。これらの用途では、作動環境が過酷なため、優れた温度特性を有する必要がある。温度特性は、具体的には、低温時での高い入出力特性、又は高温時での高いサイクル寿命特性である。
これに対して、リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン電池と比較するとエネルギー密度が低いこともあり、電気化学反応が暴走したとしてもポリオレフィン製微多孔膜のシャットダウン機能によって防止する必要性はないと考えられていたため、主としてより高温でもメルトダウンすることのない紙セパレータが使用されてきた。
しかしながら、本発明者らは、リチウムイオンキャパシタにおいても、条件によっては破裂又は開封、多量のガス化、又は発煙の可能性があることを見出した。そして、リチウムイオンキャパシタの大容量化・高出力化が進むほど、このような必要性が高くなると考えられる。
また、引用文献2、3に記述されている多層多孔膜を、リチウムイオン二次電池と同様の組み方でリチウムイオンキャパシタのセパレータとして使用すると、無機フィラー及び樹脂バインダーを含む多孔層と対向させる電極種の選択や、ポリオレフィン微多孔膜の種類の選択によって、内部短絡時においてガス化・発煙の抑制効果とリチウムイオンキャパシタの出力密度、更にはサイクル特性といった各種特性に大きな影響を与え、簡単には両立できない。
(1)充電量が1100mAh/g以上2000mAh/g以下である;及び
(2)0〜0.5Vの負極電位において、放電量が100mAh/g以上である;
を同時に満足することを特徴とする、前記[9]に記載のリチウムイオンキャパシタ。
内部短絡時において、リチウムイオンキャパシタの温度上昇を抑え、ガス化・発煙・発火を起こし難くして、リチウムイオンキャパシタの高安全性の好ましくは全てを確保することができる。
一般に、リチウムイオンキャパシタ(以下「キャパシタ」ともいう。)は、正極電極体、セパレータ、負極電極体、電解液及び外装体を主な構成要素とするが、本発明の実施の形態では、ポリオレフィン多孔膜及び該ポリオレフィン多孔膜の片面に形成された絶縁多孔膜を含むセパレータが使用される。以下、各構成要素について詳細に説明する。
本発明のキャパシタに用いられる負極電極体は、負極集電体上に負極活物質層を設けたものである。負極集電体は金属箔であることが好ましく、さらに好ましくは、1〜100μmの厚みの銅箔である。
負極活物質層は負極活物質と結着剤を含有し、必要に応じて導電性フィラーを含有する。負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料である。また、負極集電体には、この炭素材料に加えて、リチウムチタン複合酸化物、導電性高分子等の、リチウムイオンを吸蔵放出する他の材料が含まれることができる。炭素材料としては、例えば、難黒鉛性カーボン、易黒鉛性カーボン、複合多孔性材料等を挙げることができる。
負極活物質は、活性炭の表面に炭素材料を被着させて成る複合多孔性材料であることが好ましい。上記複合多孔性材料は、例えば、活性炭と炭素材料前駆体とを共存させた状態で、これらを熱処理することにより得ることができる。
上記の複合多孔性材料の原料に用いる活性炭に関し、得られる複合多孔性材料が所望の特性を発揮する限り、活性炭を得るための原材料に特に制限はなく、石油系、石炭系、植物系、高分子系等の各種の原材料から得られた市販品を使用することができる。特に、平均粒径が1μm以上15μm以下の活性炭粉末を用いることが好ましい。該平均粒径は、より好ましくは、2μm以上10μm以下である。尚、本発明における平均粒子径とは、粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定した際、全体積を100%として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが50%となる点の粒子径を50%径とし、その50%径(Median径)のことを指すものである。この平均粒子径は市販のレーザー回折式粒度分布測定装置で測定することができる。
複合多孔性材料は、活性炭の表面に炭素材料を被着させたものであるが、活性炭の細孔内部に炭素材料を被着させた後の細孔分布が重要であり、メソ孔量及びマイクロ孔量により規定できる。本発明においては、特に、メソ孔量及びマイクロ孔量の絶対値と共に、メソ孔量/マイクロ孔量の比率が重要である。すなわち、本発明の一実施形態において、上記の複合多孔性材料におけるBJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)としたとき、0.010≦Vm1≦0.250、0.001≦Vm2≦0.200、かつ1.5≦Vm1/Vm2≦20.0であることが好ましい。
MP法とは、「t−プロット法」(B.C.Lippens,J.H.de Boer,J.Catalysis,4319(1965))を利用して、マイクロ孔容積、マイクロ孔面積、及びマイクロ孔の分布を求める方法を意味し、M.Mikhail, Brunauer, Bodorにより考案された方法である(R.S.Mikhail,S.Brunauer,E.E.Bodor,J.Colloid Interface Sci.,26,45 (1968))。また、BJH法は一般的にメソ孔の解析に用いられる計算方法で、Barrett, Joyner, Halendaらにより提唱されたものである(E. P. Barrett, L. G. Joyner and P. Halenda, J. Amer. Chem. Soc., 73, 373(1951))。
本発明の実施形態においては、上述のように、活性炭の表面に炭素材料を被着した後のメソ孔量/マイクロ孔量の比率が重要である。本発明で規定する細孔分布範囲の複合多孔性材料を得る為には、原料に用いる活性炭の細孔分布が重要である。
メソ孔量V1については、0.050≦V1≦0.350がより好ましく、0.100≦V1≦0.300が更に好ましい。マイクロ孔量V2については、0.005≦V2≦0.850がより好ましく、0.100≦V2≦0.800が更に好ましい。メソ孔量/マイクロ孔量の比率については、0.22≦V1/V2≦15.0がより好ましく、0.25≦V1/V2≦10.0が更に好ましい。活性炭のメソ孔量V1が0.500以下である場合及びマイクロ孔量V2が1.000以下である場合、上記本発明の一実施形態の複合多孔性材料の細孔構造を得る為には適量の炭素材料を被着させれば足りるので、細孔構造を制御し易くなる傾向がある。他方、活性炭のメソ孔量V1が0.050以上である場合及びマイクロ孔量V2が0.005以上である場合、V1/V2が0.2以上である場合、及びV1/V2が20.0以下である場合は、該活性炭の細孔分布から上記本発明の一実施形態の複合多孔性材料の細孔構造が容易に得られる傾向がある。
上記の複合多孔性材料において、水素原子/炭素原子の原子数比(以下、H/Cともいう。)は、0.05以上0.35以下であることが好ましく、0.05以上0.15以下であることがより好ましい。H/Cが0.35以下である場合には、活性炭表面に被着している炭素材料の構造(典型的には、多環芳香族系共役構造)が十分に発達するので、容量(エネルギー密度)及び充放電効率が高くなるため好ましい。他方、H/Cが0.05以上である場合には、炭素化が過度に進行することはないため十分なエネルギー密度を得られる。尚、H/Cは元素分析装置により測定される。
結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体などを使用することができる。負極活物質層における結着剤の混合量は、負極活物質に対して3〜20質量%が好ましく、5〜15質量%の範囲がさらに好ましい。
導電性フィラーの混合量は、負極活物質に対して0〜20質量%が好ましく、1質量%〜15質量%の範囲がさらに好ましい。導電性フィラーは高入力の観点からは混合したほうが好ましいが、混合量が20質量%よりも多いと負極活物質層における負極活物質の含有量が少なくなるために、体積あたりのエネルギー密度が低下するので好ましくない。
負極電極体は、リチウムイオン吸蔵可能炭素材料と結着剤(必要に応じ、導電性フィラー)とを溶媒に分散させたペーストを作製し、このペーストを負極集電体上に塗布し、乾燥し、必要に応じてプレスすることにより得られる。塗布方法としては、正極電極体と同様の方法が使用可能であり、ペーストの物性と塗布厚に応じた塗布方法を適宜選択できる。上記負極活物質層の厚みは、通常50μm〜200μm程度である。
負極活物質にリチウムイオンを予めドープする方法は、本発明では特に制限しないが、公知の方法を用いることができる。例えば、負極活物質を電極に成型した後、該負極電極体を作用極、金属リチウムを対極に使用し、非水系電解液を組み合わせた電気化学セルを作製し、電気化学的にリチウムイオンをドープする方法が挙げられる。また、該負極電極体に金属リチウム箔を圧着し、非水系電解液に入れることで負極活物質にリチウムイオンをドープすることも可能である。
本発明における負極活物質は、負極活物質層に含まれ、かつ以下の(1)と(2)を同時に満足することを特徴とする:
作用極が負極、対極がリチウム、参照極がリチウム、電解液がエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを体積比1:4で混合した溶媒に1mol/LとなるLiPF6を溶解したものにおける3極式セルにおいて、電流値が負極活物質当り100mA/gとなる値であり、かつセル温度が45℃であるという条件下で、定電流にてリチウムを充電し、負極電位が1mVになると定電圧に切り替えて更に充電をし、定電流定電圧充電で合計40時間後の充電量を初回リチウム充電量とし、上記充電後、電流値が負極活物質当り50mA/gとなる値であり、かつセル温度が45℃であるという条件下で、定電流にて負極電位が2.5Vになるまでリチウムを放電した際の放電量を初回リチウム放電量としたとき、初回リチウム充放電特性において、
(1)充電量が1100mAh/g以上2000mAh/g以下である;及び
(2)0〜0.5Vの負極電位において、放電量が100mAh/g以上である。
本発明における負極活物質は、活性炭の表面にピッチ炭を被着させた複合多孔性材料を含むことが好ましい。
(i)該ピッチ炭の該活性炭に対する重量比率が、10%以上60%以下であり、かつ該ピッチ炭の原料であるピッチの軟化点が100℃以下である;及び
(ii)該負極活物質はBET比表面積が350m2/g〜1500m2/gであり、かつリチウムイオンが、単位重量当たり1100mAh/g〜2000mAh/gドープされている。
該ピッチ炭の該活性炭に対する重量比率が10%以上あれば、該活性炭が有していたマイクロ孔を該ピッチ炭で適度に埋めることができ、リチウムイオンの充放電効率が向上することで耐久性を損なわない。また炭素質材料の重量比率が60%以下であれば、複合多孔性材料の細孔を適度に保持することで比表面積を大きくでき、リチウムイオンのプリドープ量を高めることができる結果、負極を薄膜化しても高出力密度かつ高耐久性を維持することができる。以上より、この重量比率は、好ましくは15%以上55%以下であり、より好ましくは18%以上50%以下であり、特に好ましくは20%以上47%以下である。
さらに、該ピッチ炭の原料であるピッチの軟化点が100℃以下であれば、理論に拘束されるものではないが、該活性炭が有していたマイクロ孔を該ピッチ炭で適度に埋めることができ、初回リチウム充放電特性の充放電効率が向上することで、負極電位が0〜0.5Vの間にあるときに放電量を大きくすることが可能となり、耐久性を向上できる。以上より、ピッチの軟化点は、好ましくは90℃以下であり、更に好ましくは50℃以下である。また、ピッチの軟化点は、約35℃以上であることが好ましい。
該負極活物質のBET法における比表面積は、350m2/g以上であると負極活物質の細孔を適度に保持することができ、リチウムイオンのドープ量を高めることができる結果、負極の薄膜化が可能となる。他方、この比表面積は、1500m2/g以下であると活性炭のマイクロ孔を適度に埋めることができ、初回リチウム充放電特性の充放電効率が向上することで、負極電位が0〜0.5Vの間にあるときに放電量を大きくすることが可能となり、耐久性を向上できる。以上より、この比表面積は、好ましくは350m2/g〜1100m2/gであり、更に好ましくは370m2/g〜600m2/gである。
本発明の非水系リチウム型蓄電素子用負極においては、該プリドープ量が1100mAh/g以上であれば、負極材料におけるリチウムイオンを一旦挿入したら脱離し得ない不可逆なサイトにもリチウムイオンが十分にプリドープされ、更に所望のリチウム量に対する負極活物質量を低減することができるため、負極膜厚を薄くすることが可能となり、高い耐久性、出力特性、及び高エネルギー密度が得られる。また、該プリドープ量は、高いほど負極電位が下がり、耐久性及びエネルギー密度は向上するが、2000mAh/g以下であれば、リチウム金属の析出等の副作用が発生する恐れが少ない。
上記負極活物質は、1種類のみで使用するか又は2種以上を混合して使用してもよい。
上記の複合多孔性材料の原料に用いる活性炭は、得られる複合多孔性材料が所望の特性を発揮する限り、活性炭とする前の原材料に特に制限はなく、石油系、石炭系、植物系、高分子系などの各種の原材料から得られた市販品を使用することができる。平均粒子径が1μm以上15μm以下の活性炭粉末を用いることが好ましい。より好ましくは、平均粒子径は、2μm以上10μm以下である。
他方、上記の複合多孔性材料の原料に用いるピッチは、大別して石油系ピッチと石炭系ピッチとに分けられる。石油系ピッチとしては、原油の蒸留残査、流動性接触分解残査(デカントオイルなど)、サーマルクラッカーからのボトム油、ナフサクラッキングの際に得られるエチレンタールなどが例示される。
上記の複合多孔性材料の製造方法は、例えば、ピッチから揮発した炭化水素ガスを含む不活性雰囲気中で活性炭を熱処理し、気相でピッチ炭を被着させる方法が挙げられる。また、活性炭とピッチを予め混合し熱処理する方法、又は溶媒に溶解させたピッチを活性炭に塗布して乾燥させた後に熱処理する方法も利用することができる。
(I)0.010≦Vm1≦0.300かつ0.010≦Vm2≦0.200;
(II)0.010≦Vm1≦0.200かつ0.200≦Vm2≦0.400;及び
(III)0.010≦Vm1≦0.100かつ0.400≦Vm2≦0.650;
の少なくとも1つを満たすことが好ましい。
メソ孔量Vm1が上限値以下(Vm1≦0.300)であれば、複合多孔性材料の比表面積を大きくすることができ、リチウムイオンのプリドープ量を高めることができることに加え、負極の嵩密度を高めることができるため、その結果、負極を薄膜化することができる。また、マイクロ孔量Vm2が上限値以下(Vm1≦0.650)であれば、リチウムイオンに対する高い充放電効率が維持できる。一方、メソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2が下限値以上(0.010≦Vm1、0.010≦Vm2)であれば、高出力特性が得られる。
複合多孔性材料は、上記(I)〜(III)中でも、上記(I)又は(II)を満たすことが好ましい。また、上記(I)において、メソ孔量Vm1は、0.050≦Vm1≦0.300であることが好ましい。
上記の活性炭は、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とするとき、0.050≦V1≦0.500、0.005≦V2≦1.000、そして0.2≦V1/V2≦20.0であることが好ましい。
メソ孔量については、0.050≦V1≦0.350がより好ましく、0.100≦V1≦0.300が更に好ましい。マイクロ孔量については、0.005≦V2≦0.850がより好ましく、0.100≦V2≦0.800が更に好ましい。メソ孔量/マイクロ孔量の比率については、0.22≦V1/V2≦10.0がより好ましく、0.25≦V1/V2≦10.0が更に好ましい。上限を超える場合、すなわち活性炭のメソ孔量V1が0.5より多い場合及びマイクロ孔量V2が1.0より多い場合、上記本発明の複合多孔性材料の細孔構造を得る為には多くのピッチ炭を被着させる必要があり、細孔構造を制御し難くなる。
本発明における複合多孔性材料の平均粒子径は、上述のように、被着前の活性炭とほとんど変わらないが、1μm以上10μm以下であることが好ましい。下限については、より好ましくは2μm以上であり、更に好ましくは2.5μm以上である。上限については、より好ましくは6μm以下であり、更に好ましくは4μm以下である。平均粒子径が2μm以上10μm以下であれば十分な耐久性が保たれる。ここで言う複合多孔性材料の平均粒子径の測定方法は、上述の原料に用いる活性炭と同様の方法である。
上記の複合多孔性材料において、平均細孔径は、高出力特性にする点から、28Å以上であることが好ましく、30Å以上であることがより好ましい。他方、高エネルギー密度にする点から、65Å以下であることが好ましく、60Å以下であることがより好ましい。本明細書では、平均細孔径とは、液体窒素温度における各相対圧力下での窒素ガスの各平衡吸着量を測定して得られる重量当たりの全細孔容積をBET比表面積で除して求めたものを意味する。
上記の複合多孔性材料において、水素原子/炭素原子の原子数比(以下、H/Cともいう。)は、0.05以上0.35以下であることが好ましく、0.05以上0.15以下であることがより好ましい。H/Cが上限値を上回る場合には、活性炭表面に被着している炭素質材料多環芳香族系共役構造が十分に発達していないので、容量(エネルギー密度)及び充放電効率が低くなる。他方、H/Cが下限値を下回る場合には、炭素化が過度に進行して、十分なエネルギー密度が得られない場合がある。尚、H/Cは元素分析装置により測定される。
負極活物質層には、必要に応じて、負極活物質の他に導電性フィラー、結着剤を添加することができる。導電性フィラーの種類としては、特に制限されるものではないが、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維が例示される。導電性フィラーの添加量は、例えば、負極活物質に対して0〜30質量%が好ましい。また、結着剤としては、特に制限されるものではないが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、スチレン−ブタジエン共重合体などを用いることができる。結着剤の添加量は、例えば、負極活物質に対して3〜20質量%の範囲が好ましい。
非水系リチウム型蓄電素子用負極は、負極活物質層を集電体の片面のみに形成したものでもよいし、両面に形成したものでもよい。該負極活物質層の厚さは、片面当たり15μm以上45μm以下であり、好ましくは20μm以上40μm以下である。この厚さが15μm以上であれば、十分な充放電容量を発現することができる。他方、この厚さが45μm以下であれば、セル体積を縮小することによりエネルギー密度を高めることができる。
尚、集電体に孔があるときには、負極活物質層の厚さとは、集電体の孔を有していない部分の片面当たりの厚さの平均値をいう。この場合、孔としては、例えば、パンチングメタルの貫通孔部分、エキスパンドメタルの開孔部分などが挙げられる。
負極集電体の材料は、蓄電素子を形成した際、溶出、反応などの劣化が起こらない材料であれば特に制限はなく、例えば、銅、鉄、ステンレス等が挙げられる。本発明の非水系リチウム型蓄電素子用負極においては、銅を負極集電体とすることが好ましい。負極集電体の形状は、金属箔又は金属の隙間に電極が形成可能である構造体を用いることができ、金属箔は貫通孔を持たない通常の金属箔でもよいし、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔等の貫通孔を有する金属箔でもよい。また、負極集電体の厚みは、負極の形状又は強度を十分に保持できれば特に制限はないが、例えば、1〜100μmが好ましい。
(i)該ピッチ炭の該活性炭に対する重量比率が、10%以上60%以下であり、かつ該ピッチ炭の原料であるピッチの軟化点が100℃以下である;及び
(ii)該負極活物質はBET比表面積が350m2/g〜1500m2/gであり、かつリチウムイオンが、単位重量当たり1100mAh/g〜2000mAh/gドープされている;
を満たすことが好ましい。
より詳細には、エネルギー密度[蓄電素子の容量(mAh)/負極の体積(cm3)]を向上させるために、負極活物質層の厚さを15μm以上45μm以下に調整するとともに、ピッチ炭/活性炭(重量比)と、ピッチの軟化点を、負極の耐久性を損なわず、かつリチウムイオンのプリドープ量を高めることができる範囲に調整することが好ましい。
本発明における非水系リチウム型蓄電素子用正極は、正極集電体上に正極活物質層を設けたものである。
<正極活物質>
正極活物質層は正極活物質と結着剤を含有し、必要に応じて導電性フィラーを含有する。正極活物質としては、以下の活性炭1又は活性炭2が好ましく使用される。
活性炭1の種類及びその原料には特に制限はないが、高容量(すなわち、高エネルギー密度)と高出力特性(すなわち、高出力密度)とを両立させるために、活性炭の細孔を最適に制御することが好ましい。具体的には、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)としたとき、0.3<V1≦0.8、及び0.5≦V2≦1.0を満たし、かつBET法により測定される比表面積が1500m2/g以上3000m2/g以下である活性炭が好ましい。
メソ孔量V1は、正極材料を蓄電素子に組み込んだときの出力特性を大きくする点で、0.3cc/gより大きい値であることが好ましく、また、蓄電素子の容量の低下を抑える点から、0.8cc/g以下であることが好ましい。また上記V1は、より好ましくは0.35cc/g以上0.7cc/g以下、さらに好ましくは、0.4cc/g以上0.6cc/g以下である。
他方、マイクロ孔量V2は、活性炭1の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.5cc/g以上であることが好ましく、また、活性炭1の嵩を抑え、電極としての密度を増加させ、単位体積当たりの容量を増加させるという点から、1.0cc/g以下であることが好ましい。また上記V2は、より好ましくは、0.6cc/g以上、1.0cc/g以下、さらに好ましくは、0.8cc/g以上、1.0cc/g以下である。
ここで、活性炭1のマイクロ孔量及びメソ孔量は、上述の複合多孔性材料と同様な方法により求められる値である。
活性炭1のBET比表面積は、1500m2/g以上3000m2/g以下であることが好ましく、1500m2/g以上2500m2/g以下であることがより好ましい。BET比表面積が1500m2/g以上の場合には、良好なエネルギー密度が得られ易く、他方、BET比表面積が3000m2/g以下の場合には、電極の強度を保つためにバインダーを多量に入れる必要がないので、電極体積当たりの性能が高くなる傾向がある。
上記のような特徴を有する活性炭1は、例えば以下に説明するような原料及び処理方法を用いて得ることができる。
これらの原料を上記活性炭1とするための炭化及び賦活の方式としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式等の既知の方式を採用できる。
これらの原料の炭化方法としては、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン、一酸化炭素、燃焼排ガス等の不活性ガス、又はこれらの不活性ガスを主成分とした他のガスとの混合ガスを使用して、400〜700℃(好ましくは450〜600℃)程度で30分〜10時間程度に亘って焼成する方法が挙げられる。
この賦活方法では、賦活ガスを0.5〜3.0kg/h(好ましくは0.7〜2.0kg/h)の割合で供給しながら、上記炭化物を3〜12時間(好ましくは5〜11時間、さらに好ましくは6〜10時間)かけて800〜1000℃まで昇温して賦活するのが好ましい。
さらに、上記炭化物の賦活処理に先立ち、予め上記炭化物を1次賦活してもよい。この1次賦活では、通常、炭素材料を水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて、900℃未満の温度で焼成してガス賦活することができる。
上記炭化方法における焼成温度及び焼成時間と、上記賦活方法における賦活ガス供給量及び昇温速度及び最高賦活温度とを適宜組み合わせることにより、本発明の実施形態において使用できる、上記の特徴を有する活性炭1を製造することができる。
上記平均粒径が1μm以上であると、活物質層の密度が高いために電極体積当たりの容量が高くなる傾向がある。他方、平均粒径が20μm以下であると、高速充放電には適合し易くなる傾向がある。さらに、上記平均粒径は、好ましくは2〜15μmであり、更に好ましくは3〜10μmである。
正極活物質は、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とする時、0.8<V1≦2.5かつ0.92<V2≦3.0を満たす活性炭2を含むことが好ましい。
メソ孔量V1は、正極材料を蓄電素子に組み込んだときの出力特性を大きくする観点から、0.8cc/gより大きい値であることが好ましく、また、蓄電素子の容量の低下を抑える観点から、2.5cc/g以下であることが好ましい。また、V1は、より好ましくは1.00cc/g以上2.0cc/g以下、さらに好ましくは1.2cc/g以上1.8cc/g以下である。
他方、マイクロ孔量V2は、活性炭2の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.92cc/gより大きい値であることが好ましく、また、活性炭2の電極としての密度を増加させ、単位体積あたりの容量を増加させるという観点から、3.0cc/g以下であることが好ましい。また、V2は、より好ましくは、1.0cc/gより大きく、2.5cc/g以下であり、さらに好ましくは1.5cc/g以上2.5cc/g以下である。
活性炭2の原料として用いられる炭素質材料としては、通常活性炭原料として用いられる炭素源であれば特に限定されるものではなく、例えば、木材、木粉、ヤシ殻などの植物系原料;石油ピッチ、コークスなどの化石系原料;フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、レゾルシノール樹脂などの各種合成樹脂などが挙げられる。これらの原料の中でも、フェノール樹脂、及びフラン樹脂は、高比表面積の活性炭2を作製するのに適しており特に好ましい。
これらの原料を炭化する方式、又は賦活処理時の加熱方法としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式などの公知の方式が挙げられる。加熱時の雰囲気は窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス、またはこれらの不活性ガスを主成分として他のガスとの混合したガスが用いられる。炭化温度は400〜700℃程度で0.5〜10時間程度焼成する方法が一般的である。
本発明では、上記炭素質材料(炭化物)を賦活する前に予め粉砕・分級しておくことが重要である。効率的に賦活化できるとともに、賦活化後の粉砕をした場合の新生界面による特性低下を防止することが可能となるからである。
炭素質材料を予め粉砕する方法を以下に述べる。
粉砕する方法には、乾式粉砕、湿式粉砕いずれの方法でも構わないが、粉砕速度、連続操作性や動力消費量の点から、湿式粉砕が好ましい。湿式粉砕の場合、具体的には以下の条件を採用することができる。まず、金属、メノウやセラミック等の硬質な容器に、粉砕を施す試料と金属、ジルコニアやセラミック等の硬質なビーズ、溶媒を入れて粉砕を行う。容器は密閉できるものが好ましく、粉砕時には窒素、アルゴン等の不活性ガスで容器内部を置換することが好ましい。溶媒は水、有機溶媒を用いることができるが、沸点の低い有機溶媒は引火の危険性があるため適さない。粉砕時間は得られる試料の粒径により調整するが、長時間の粉砕は不純物が混入するおそれがある。粉砕によって、粒度分布が広がるので、篩によって分級することが好ましい。分級の結果、本発明では、1μmから30μmの間で分級することができる。上記の粉砕・分級工程で得られた炭素質材料を以下の方法で炭化し炭化物とする。
本発明では、炭化物とアルカリ金属化合物の質量比(=炭化物:アルカリ金属化合物)は1:1以上でアルカリ金属化合物の量が増えるほど、メソ孔量が増えるが、質量比1:3.5付近を境に急激に孔量が増える傾向があるので、質量比は1:3よりアルカリ金属化合物が増えることが好ましく、1:5.5以下であることが好ましい。質量比はアルカリ金属化合物が増えるほど孔量が大きくなるが、その後の洗浄等の処理効率を考慮すると上記範囲であることが好ましい。
尚、マイクロ孔量を大きくし、メソ孔量を大きくしないためには、賦活する際に炭化物を多めにしてKOHと混合する。いずれの孔量も大きくするためには、炭化物とKOHの比についてKOHを多めにする。また、主としてメソ孔量を大きくするためには、アルカリ賦活処理を行った後に水蒸気賦活を行う。
正極活物質中に、前記特定のV1及びV2を有する活性炭以外の材料(例えば、前記特定のV1及びV2を有さない活性炭、リチウムと遷移金属の複合酸化物など)を含む場合は、前記特定のV1及びV2を有する活性炭の含有量は、全正極活物質の50重量%より多いものとする。前記特定のV1及びV2を有する活性炭の全正極活物質における含有量は、70重量%以上がより好ましく、90重量%以上がさらに好ましく、100重量%であることが最も好ましい。
正極は、正極活物質層を正極集電体の片面のみに形成したものでもよいし、両面に形成したものでもよい。該正極活物質層の厚みは、例えば、片面あたり30μm以上200μm以下が好ましい。
正極集電体の材質は、蓄電素子にした際、電解液への溶出又は反応などの劣化が起こらない導電性材質であれば特に制限はない。好適な材料としては、アルミニウムが挙げられる。正極集電体の形状は、金属箔又は金属の隙間に電極が形成可能である構造体(発泡体など)を用いることができる。金属箔は貫通孔を持たない通常の金属箔でもよいし、エキスパンドメタル、パンチングメタル等の貫通孔を有する金属箔でもよい。また、正極集電体の厚みは、電極の形状及び強度を十分に保持できれば特に制限はないが、例えば、強度、導電抵抗、体積あたりの容量の観点から、1〜100μmが好ましい。
正極活物質層に用いるバインダーは、特に制限されるものではないが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、スチレン−ブタジエン共重合体などを用いることができる。正極活物質層におけるバインダーの含有量は、例えば、正極活物質100質量部に対して3〜20質量部の範囲が好ましい。また、必要に応じて、正極活物質層には導電性フィラーを添加することができる。導電性フィラーの種類は特に制限されるものではないが、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維が例示される。導電性フィラーの添加量は、例えば、活物質100質量部に対して0〜30質量部が好ましい。
正極活物質層のかさ密度は、0.40g/cm3以上であり、好ましくは0.45g/cm3以上、かつ0.70g/cm3以下の範囲である。かさ密度が0.40g/cm3以上であれば、体積当たりの電極の容量を大きくすることができ、蓄電素子の小型化を達成できる。また、かさ密度が0.70g/cm3以下であれば、正極活物質層内の空隙における電解液の拡散が十分となり大電流での充放電特性が高いと考えられる。
本発明の1つの実施態様で用いられる正極活物質層のかさ密度は、特定のミクロ孔量及びメソ孔量を有することに起因して、同じ方法で作製した通常の活性炭の活物質層のかさ密度に比べて小さい。その場合、正極活物質層として成形した状態において上記のかさ密度を達成するために、例えば、表面温度が前記バインダーの融点マイナス40℃以上、かつ融点以下の温度に設定されたロールによって加熱しながら加圧する方法(以下「加熱プレス」ともいう。)を用いることができる。
正極集電体に正極活物質層を塗布した正極(15)巻き取った巻き出しロール(10)を巻だしロール位置に設置する。図3に示すように、正極(15)を、第一のガイド(11)、加熱プレスロール(12)、第二のガイド(11)を順次経て、巻取りロール(13)に巻き取る。
加熱プレスロール(12)の表面温度は、正極活物質層に含まれるバインダーの融点マイナス40℃以上、かつ融点以下の温度に設定するが、好ましくは融点マイナス30℃以上かつ融点以下、より好ましくは融点マイナス20℃以上、かつ融点以下の温度から選択する。例えば、バインダーにPVDF(ポリフッ化ビニリデン:融点150℃)を用いた場合は110〜150℃の範囲に加温することが好ましく、120〜150℃の範囲内で加温することがより好ましい。バインダーにスチレン−ブタジエン共重合体(融点100℃)を用いた場合は60〜100℃の範囲に加温することが好ましく、70〜100℃の範囲で加温することがより好ましい。
加熱プレスする際の加圧圧力、及びプレスを行う速度は、得られる正極のかさ密度により調整する。加熱プレスロールのプレス圧力は、油圧シリンダー(14)の圧力を調整して一定に保つ。プレスの圧力は50kgf/cm以上300kgf/cm以下が好ましい。プレス速度は15m/分以下の速度が好ましく、より好ましくは10m/分以下、更に好ましくは5m/分以下である。上記のプレス速度であると十分なかさ密度を得ることができる。
また、プレス圧力が高すぎる場合は活物質層が集電体から剥離するため、セルの抵抗や放電容量維持率等を測定してプレス圧力を決定することが好ましい。
本発明の正極は、プレスを2回以上行うことが好ましい。1回のプレスではかさ密度を十分に上げることができないか、かさ密度を上げるために、高すぎるプレス圧力又は狭すぎるロール間距離でプレスすることが必要となり、結果として剥離を引き起こし、セルの抵抗や放電容量維持率等の性能を低下させる。正極の損傷が著しい場合はセル作製が行えない場合もある。
例えば、プレスを2回以上行う場合は、ロール間距離は最初に実施するプレス時よりも二回目のプレス時のロール間距離が同等、より好ましくは狭くすることが好ましい。具体的には、一回目のロール間距離を1とすると、二回目のロール間距離は、0.4〜0.6、更に三回目も行う場合には、二回目のロール間距離を1として三回目のロール間距離は0.2〜0.4としてプレスを行うと求める嵩密度を得ることができる。必要に応じて更にプレスをしても構わない。但し、生産効率上、二回から三回程度のプレス回数が好ましい。また、二回以上プレスする場合、初回のプレスを室温で行っても構わない。
また、プレス圧力は最初に実施するプレス時に対して二回目のプレス時は同じか高くてもよい。プレス圧は高いほうが密度向上にとって好ましい。
加熱プレスロール(12)を、正極(15)が巻出ロール(10)から巻取りロール(13)に送られる方向に自転させ、任意の速度に制御する。巻取りロール(13)は電極の張力が適正な値になるように自転して正極(15)を巻き取る。巻出しロール(10)は自転する必要はないが正極(15)がたるまない程度の張力を与える負荷であることが望ましい。
セパレータは、正極電極体と負極電極体が直接電気的に接触しないように絶縁すると共に、その内部の空隙に電解液を保持して電極間のリチウムイオンの伝導経路を形成する役割を担う。
本発明の実施形態では、セパレータは、ポリオレフィン多孔膜、及び該ポリオレフィン多孔膜の片面に形成された絶縁多孔膜を含む。本発明のセパレータを用いることで、内部短絡時において、絶縁多孔膜によりキャパシタの温度上昇を抑え、ガス化・発煙・発火の発生を抑制するとともに、ポリオレフィン多孔膜により低抵抗(すなわち、高出力密度)かつ高サイクル特性も有することが可能となる。
また、本発明のリチウムイオンキャパシタは、該セパレータの絶縁多孔膜が該負極電極体と接するように積層された構造を持つことが特徴である。
リチウムイオンキャパシタでは、負極のエネルギー容量は正極に比べて非常に大きいため、該セパレータの絶縁多孔膜と該負極電極体を対向させることで、内部短絡時において熱暴走することを防止し、ガス化・発煙・発火を起こし難くして、リチウムイオンキャパシタの高安全性を確保することができる。
また、リチウムイオンキャパシタでは、正極は負極に比べ充放電時にイオンの吸着脱離が速いため、その速度を落とすことはデバイスの抵抗を上げてしまう。よって、正極側に絶縁多孔膜よりも拡散抵抗が小さいポリオレフィン膜を対向することで、デバイスの抵抗を上げることがなく、高出力密度を得ることができる。
さらに、ポリオレフィン多孔膜は保液性に劣るが、保液性に優れる絶縁多孔膜が存在することで、デバイスのサイクル時にセパレータ内の液枯れを引き起こすことがなく、高サイクル特性を得ることができる。
従って、本発明では負極側に絶縁多孔膜が接し、正極側にポリオレフィン膜が接している限りにおいてポリオレフィン多孔膜(1)及び絶縁多孔膜(2)が複数積層されていても構わず、もちろんポリオレフィン多孔膜(1)と絶縁多孔膜(2)が交互に複数積層されていても構わないが、低抵抗で高サイクル性のリチウムイオンキャパシタを得る為には、ポリオレフィン多孔膜(1)と絶縁多孔膜(2)が一層づつ積層した二層構造がより好ましい。
尚、リチウムイオン二次電池では、正極と負極のエネルギー容量の差がリチウムイオンキャパシタ程大きくない。その為、本発明の積層構造のセパレータを用いる場合、セパレータの酸化を抑制する為に、絶縁多孔膜を高酸化状態である正極電極体に対向するように配置するのが一般的である。即ち、負極のエネルギー容量が正極に比べて非常に大きいため、積層構造のセパレータの絶縁多孔膜を負極電極体に対向させる本発明とは絶縁多孔膜の活用の考え方が全く異なる。
セパレータ全体の厚みは、8μm以上65μm以下が好ましい。
セパレータがポリオレフィン多孔膜である場合は、ε×D=εα×D0(ここで、εは膜の空孔率、D0は30℃における自由空間中でのメチルエチルカーボネートの拡散係数、αはブルッグマン指数を示す)により、ブルッグマン指数が算出される。
セパレータがポリオレフィン多孔膜と絶縁多孔層の積層多孔膜である場合には、ポリオレフィン多孔膜中のメチルエチルカーボネートと絶縁多孔層中のメチルエチルカーボネートがPFG−NMR法で別々のピークとして検出されるため、それぞれ個別の膜厚方向の拡散係数が算出される。この場合には、L1/(L1+L2)×ε1×D1+L2/(L1+L2)×ε2×D2=(L1/(L1+L2)×ε1+L2/(L1+L2)×ε2)α×D0(ここで、L1:ポリオレフィン多孔膜の膜厚、L2:絶縁多孔層の膜厚、ε1:ポリオレフィン多孔膜の空孔率、ε2:絶縁多孔層の空孔率、D1:30℃におけるポリオレフィン多孔膜中のメチルエチルカーボネートの膜厚方向の拡散係数、D2:30℃における絶縁多孔層中のメチルエチルカーボネートの膜厚方向の拡散係数、D0は30℃における自由空間中でのメチルエチルカーボネートの拡散係数、αはブルッグマン指数を示す。)により、ブルッグマン指数が算出される。
したがって、ブルッグマン指数は小さいものほど孔構造がイオン拡散に優れていることになる。本指数が2.5以上であれば膜の強度を保つことができ、また、3.5以下であればイオンが拡散するのに十分に適した孔構造を持つことができる。この指数は、下記実施例に記載の方法に準じて測定される。
尚、セパレータのMD方向及びTD方向における熱収縮率は、熱固定時の延伸温度、倍率を最適化することで調整することができる。
以下に、セパレータの構成要素であるポリオレフィン多孔膜及び絶縁多孔膜について説明する。
<ポリオレフィン多孔膜>
ポリオレフィン多孔膜は、ポリオレフィンで形成されている多孔性膜である。
本発明の実施形態では、ポリオレフィン多孔膜の厚みが、5μm以上35μm以下であることが好ましい。ポリオレフィン多孔膜の厚みは、5μm以上であると、キャパシタの微短絡を抑制し、更には電解液を十分に含浸することができるため好ましく、他方、35μm以下であると、イオン拡散抵抗の上昇を抑制できキャパシタの高い出力密度を発現することができるため好ましい。さらに、ポリオレフィン多孔膜の厚みは、20μm以下であることがより好ましい。
本発明の実施形態では、ポリオレフィン多孔膜の空孔率が、50%〜75%であることが好ましい。空孔率を50%以上とすることは、ポリオレフィン多孔膜をセパレータの一部として用いた場合に、ハイレート時のリチウムイオンの急速な移動に追従する観点からも好ましい。他方、空孔率を75%以下とすることは、膜強度を向上する観点から好ましく、ポリオレフィン多孔膜をセパレータの一部として用いた場合に、自己放電抑制の観点からも好ましい。空孔率は、下記実施例に記載の方法に準拠して測定される。
本発明の実施形態では、ポリオレフィン多孔膜を形成するために使用されるポリオレフィンは、ポリエチレンを必須成分として含むことが好ましい。ポリオレフィンは、1種のポリエチレンから成るものであってもよく、複数種のポリオレフィンを含むポリオレフィン組成物であってもよい。
ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−4−メチル−1−ペンテンが挙げられ、これらを2種類以上ブレンドした混合物として用いてもよい。以下、ポリエチレンを「PE」、ポリプロピレンを「PP」と略記することがある。
また、ポリオレフィンの融点は、好ましくは100℃〜165℃、より好ましくは110℃〜140℃である。融点が100℃以上であることにより高温環境下での機能が安定する傾向となり好ましく、165℃以下であることにより、高温時のメルトダウンの発生又はヒューズ効果が得られる傾向となり好ましい。尚、融点は、示差走査熱量(DSC)測定における融解ピークの温度を意味する。また、ポリオレフィンが複数種の混合物として用いられる場合のポリオレフィンの融点は、その混合物のDSC測定において、融解ピーク面積の最も大きいピークの温度を意味する。
ポリオレフィンとしては、孔の閉塞を抑制しつつ、より高温で熱固定を行うことができるという点から、高密度ポリエチレンを用いることが好ましい。
このような高密度ポリエチレンのポリオレフィン中に占める割合は、好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは10質量%以上である。その割合が5質量%以上であることにより、更に、孔の閉塞を抑制しつつ、より高温で熱固定を行うことができる。他方、高密度ポリエチレンのポリオレフィン中に占める割合は、好ましくは99質量%以下であり、より好ましくは95質量%以下である。その割合が50質量%以下であることにより、微多孔膜が、高密度ポリエチレンによる効果だけでなく、他のポリオレフィンによる効果をもバランス良く併せ持つことができる。
また、ポリオレフィンとしては、微多孔膜をキャパシタのセパレータとして用いた場合のシャットダウン特性を向上させ、あるいは釘刺し試験の安全性を向上させる観点から、粘度平均分子量(Mv)が10万〜30万のポリエチレンを用いることが好ましい。
ポリオレフィンとして、メルトダウン温度を制御する観点から、ポリプロピレンを添加して用いてもよい。
このようなポリプロピレンがポリオレフィン中に占める割合は、好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは8質量%以上である。その割合が5質量%以上であることは、高温での耐破膜性を向上させる観点から好ましい。他方、ポリプロピレンがポリオレフィン中に占める割合は、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは18質量%以下である。その割合が20質量%以下であることは、微多孔膜が、ポリプロピレンによる効果だけでなく、他のポリオレフィンによる効果をもバランス良く併せ持つ微多孔膜を実現する観点から好ましい。
絶縁多孔膜は、電気絶縁性を有する多孔性膜である。
また、絶縁多孔膜は、ポリオレフィン多孔膜の片面に形成される。
本発明の実施形態では、絶縁多孔膜は、絶縁粒子を含むことが好ましく、無機フィラー及び樹脂バインダーを含むことがより好ましい。
本発明の実施形態では、絶縁多孔膜の厚みは、3μm以上30μm以下であることが好ましい。絶縁多孔膜の厚みは、3μm以上であると、内部短絡時において、キャパシタの温度上昇を抑え、ガス化・発煙・発火の発生を抑制することが可能ため好ましく、他方、30μm以下であると、イオン拡散抵抗の上昇を抑制することができ高い出力密度を発現できるため好ましい。
無機フィラーとしては、例えば、アルミナ、シリカ(珪素酸化物)、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛及び酸化鉄などの酸化物系セラミックス;窒化ケイ素、窒化チタン及び窒化ホウ素等の窒化物系セラミックス;シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレー、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ藻土、ケイ砂等のセラミックス;ガラス繊維が挙げられる。
前記絶縁粒子が、前記絶縁多孔膜中に占める割合としては、無機フィラーの結着性、多層多孔膜のイオン拡散抵抗及び耐熱性等の観点から適宜決定することができるが、50質量%以上100質量%未満であることが好ましく、より好ましくは70質量%以上99.99質量%以下、さらに好ましくは80質量%以上99.9質量%以下、特に好ましくは90質量%以上99質量%以下である。
このような樹脂バインダーとしては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレンなどの含フッ素樹脂、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体やエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体などの含フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体又はその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体又はその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体又はその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルなどのゴム類、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエステルなどの融点及び/又はガラス転移温度が180℃以上の樹脂が挙げられる。これらは1種を単独で、又は2種以上を併用することも可能である。
本実施形態における樹脂製バインダーの平均粒径は、50〜500nmであることが好ましく、より好ましくは60〜460nm、更に好ましくは80〜250nmである。樹脂製バインダーの平均粒径が50nm以上である場合、無機フィラーとバインダーとを含む多孔層をポリオレフィン多孔膜の少なくとも片面に積層した際、イオン透過性が低下し難く高出力特性が得られ易い。加えて異常発熱時の温度上昇が速い場合においても、円滑なシャットダウンを示し、高い安全性が得られ易い。樹脂製バインダーの平均粒径が500nm以下である場合、良好な結着性を発現し、多層多孔膜とした場合に熱収縮が良好となり安全性に優れる傾向がある。
樹脂製バインダーの平均粒径は、重合時間、重合温度、原料組成比、原料投入順序、pHなどを調整することで制御することが可能である。
本発明の実施形態によるセパレータの製造方法について、例示的に説明する。但し、上記で説明した通りのセパレータを得ることができる限り、本実施形態の製造方法は、ポリマーの種類、絶縁粒子の種類、溶媒の種類、押出方法、延伸方法、抽出方法、開孔方法、熱固定・熱処理方法などに限定されることはない。
セパレータの製造方法は、ポリマーと可塑剤とを、あるいは、ポリマーと可塑剤とフィラーとを溶融混練し成形する工程と、延伸工程と、可塑剤(及び必要に応じてフィラー)抽出工程と、熱固定工程とを含むことが、透過性及び膜強度の物性バランスを適度にコントロールする観点から好ましい。
(1)ポリオレフィンと、可塑剤と、必要に応じてフィラーとを混練して、混練物を形成する混練工程。
(2)混練工程の後に混練物を押し出し、単層の又は複数層が積層したシート状に成形して冷却固化させるシート成形工程。
(3)シート成形工程の後、必要に応じて可塑剤及び/又はフィラーを抽出し、更にシート(シート状成形体)を一軸以上の方向へ延伸する延伸工程。
(4)延伸工程の後、必要に応じて可塑剤及び/又はフィラーを抽出し、更に熱処理を行う後加工工程。
(5)得られたポリオレフィン膜の少なくとも片面に、絶縁粒子と樹脂バインダーの混合物を塗布して、セパレータを得る塗布工程。
(1)の混練工程において用いられる可塑剤としては、従来、ポリオレフィン製微多孔膜に用いられているものであってもよく、例えば、フタル酸ジオクチル(以下、「DOP」と略記することがある。)、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジブチルのようなフタル酸エステル;アジピン酸エステル及びグリセリン酸エステル等のフタル酸エステル以外の有機酸エステル;リン酸トリオクチル等のリン酸エステル;流動パラフィン;固形ワックス;ミネラルオイルが挙げられる。これらは1種を単独又は2種以上を組み合わせて用いられる。これらの中でも、ポリエチレンとの相溶性を考慮すると、流動パラフィンやフタル酸エステルが特に好ましい。
また、(1)の混練工程では、ポリオレフィンと可塑剤とを混練して混練物を形成してもよく、ポリオレフィンと可塑剤とフィラーとを混練して混練物を形成してもよい。後者の場合に用いられるフィラーとしては、有機微粒子及び無機微粒子の少なくとも一方を用いることもできる。
有機微粒子としては、例えば、変性ポリスチレン微粒子及び変性アクリル酸樹脂粒子が挙げられる。
無機フィラーとしては、例えば、アルミナ、シリカ(珪素酸化物)、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛及び酸化鉄などの酸化物系セラミックス;窒化ケイ素、窒化チタン及び窒化ホウ素等の窒化物系セラミックス;シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレー、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ藻土、ケイ砂等のセラミックス;ガラス繊維が挙げられる。
尚、混練物には、更に必要に応じて、ペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]などのフェノール系、リン系、イオウ系等の酸化防止剤;ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等の金属石鹸類;紫外線吸収剤;光安定剤;帯電防止剤;防曇剤;着色顔料等の各種添加剤を混合してもよい。
(1)の混練工程における混練方法に特に制限はなく、従来用いられた方法であってもよい。例えば、混練する順番は、ポリオレフィン、可塑剤及び必要に応じて用いられるフィラーのうちの一部を予め混合したものを、ヘンシェルミキサー、V−ブレンダー、プロシェアミキサー及びリボンブレンダー等の一般的な混合機を用いて予め混合してから、残りの原料と共に更に混練してもよいし、原料の全てを同時に混練してもよい。
また、混練に用いる装置も特に制限はなく、例えば、押出機、ニーダー等の溶融混練装置を用いて混練することができる。
(3)の延伸工程における延伸又は(4)の後加工工程における熱処理に先立つ抽出は、抽出溶媒にシート又は延伸シートを浸漬したり、あるいは、抽出溶媒をシート又は延伸シートにシャワーしたりする方法により行なわれる。抽出溶媒は、ポリオレフィンに対して貧溶媒であり、且つ可塑剤及びフィラーに対して良溶媒であると好ましく、沸点がポリオレフィンの融点よりも低いと好ましい。このような抽出溶媒としては、例えば、n−ヘキサン及びシクロヘキサン等の炭化水素類;塩化メチレン、1,1,1−トリクロロエタン及びフルオロカーボン等のハロゲン化炭化水素;エタノール及びイソプロパノール等のアルコール;アセトン及び2−ブタノン等のケトン類;アルカリ水が挙げられる。抽出溶媒は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
尚、フィラーは、全工程内のいずれかの工程で全量又は一部を抽出されてもよく、最終的に得られる微多孔膜に残存させてもよい。また、抽出の順序、方法及び回数については特に制限はない。
塗布液の溶媒としては、前記絶縁粒子、及び前記樹脂バインダーを均一かつ安定に分散または溶解できるものが好ましく、例えば、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、水、エタノール、トルエン、熱キシレン、塩化メチレン、ヘキサン等が挙げられる。
塗布液の濃度((絶縁粒子の質量+樹脂バインダーの質量)×100/塗布液の質量)は、10〜90%が好ましく、15〜80%がより好ましく、20〜70%がさらに好ましい。塗布液の濃度が90%以下であれば粘度を低くできるので、薄膜塗工が容易になる。一方で、塗布液の濃度が10%以上であれば乾燥時間が短く膜厚の調整を行い易い。
塗布液には、分散安定化や塗工性の向上のために、界面活性剤等の分散剤;増粘剤;湿潤剤;消泡剤;酸、アルカリを含むPH調製剤等の各種添加剤を加えてもよい。これらの添加剤は、溶媒除去の際に除去できるものが好ましいが、リチウムイオン二次電池又はキャパシタの使用範囲において電気化学的に安定で、電池反応を阻害せず、かつ200℃程度まで安定ならば多孔層内に残存してもよい。
塗布液を多孔膜に塗布する方法については、必要とする層厚又は塗布面積を実現できる方法であれば特に限定はなく、例えば、グラビアコーター法、小径グラビアコーター法、リバースロールコーター法、トランスファロールコーター法、キスコーター法、ディップコーター法、ナイフコーター法、エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、スクイズコーター法、キャストコーター法、ダイコーター法、スクリーン印刷法、スプレー塗布法等が挙げられる。
塗布後に塗布膜から溶媒を除去する方法については、多孔膜に悪影響を及ぼさない方法であれば特に限定はない。例えば、多孔膜を固定しながらその融点以下の温度にて乾燥する方法、低温で減圧乾燥する方法等が挙げられる。
本発明のキャパシタは、正極電極体と負極電極体とをセパレータを介して巻回又は積層した電極積層体を作製し、該電極積層体にラミネートフィルム等の外装体を装着して、セパレータの耐熱温度以下の温度に設定された乾燥機によって加熱乾燥し、電解液を注入する方法で作製することができる。あるいは、上記電極積層体を事前に加熱乾燥させた後に外装体を装着して電解液を注入する方法、又は巻回または積層する前に、各電極体及びセパレータを個別に加熱乾燥させた後に、電極積層体を作製し、外装体を装着し電解液を注入する方法を使用してもよい。加熱乾燥をさせる時には、減圧条件下で加熱乾燥することが、乾燥時間を短くすることができるのでより好ましい。尚、本発明のキャパシタは、セパレータの絶縁多孔膜側が負極電極体と対向するように積層する。例えば、上記で説明したセパレータを本発明のキャパシタに使用する場合には80℃で加熱乾燥すればよい。このような温度条件に設定することで、電解液を注入する前の電極積層体の加熱によって、セパレータに開いている細孔を閉塞させることなく乾燥することができ、キャパシタの出力特性を維持したまま信頼性を向上させることができる。注液前の電極積層体の加熱乾燥によってキャパシタの信頼性が向上する理由の詳細は、明らかではないが、正極や負極に含有される水分量を低減させることができるためと考えられる。
また、静電容量は、5000F以下であると、セルを効率的に作製することができるので好ましい。
これら溶媒に溶解する塩としては、LiBF4、LiPF6などのリチウム塩を用いることができる。電解液の塩濃度は、0.5〜2.0mol/Lの範囲が好ましい。0.5mol/L以上ではアニオンが十分に存在し、キャパシタの容量が維持される。他方、2.0mol/L以下では、塩が電解液中で十分に溶解し、電解液の適切な粘度及び伝導度が保たれる。
電極端子は、一般的には略矩形をしており、その一端は電極積層体の集電体と電気的に接続され、他端は使用時に外部の負荷(放電の場合)又は電源(充電の場合)と電気的に接続される。ラミネートフィルム外装体の封止部となる、電極端子の中央部には、電極端子とラミネートフィルムを構成する金属箔との短絡を防ぎ、かつ封止密閉性を向上させるためにポリプロピレン等の樹脂製のフィルムが貼りつけられていることが好ましい態様である。
前述した電極積層体と電極端子との電気的な接続方法は、例えば、超音波溶接法が一般的であるが、抵抗溶接、レーザー溶接等でもよく、限定するものではない。
(1)粘度平均分子量(Mv)
試料の劣化防止のため、デカヒドロナフタリンに、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノールを0.1質量%の濃度となるように溶解させ、これ(以下、「DHN」と略記する。)を試料用の溶媒として用いた。試料をDHNへ0.1質量%の濃度となるように150℃で溶解させて試料溶液を得た。試料溶液を10mL採取し、キャノンフェンスケ粘度計(SO100)により135℃での標線間を通過するのに要する秒数(t)を計測した。また、DHNを150℃に加熱した後、10mL採取し、同様の方法により粘度計の標線間を通過するのに要する秒数(tB)を計測した。得られた通過秒数t、tBを用いて、下記の換算式により極限粘度[η]を算出した。
[η]=((1.651t/tB−0.651)0.5−1)/0.0834
求められた[η]より粘度平均分子量(Mv)を算出した。原料のポリエチレン、原料のポリオレフィン組成物及び微多孔膜のMvは下記式により算出した。
[η]=6.77×10-4Mv0.67
また、原料のポリプロピレンについては、下記式によりMvを算出した。
[η]=1.10×10-4Mv0.80
ポリオレフィン多孔膜の厚み、及びセパレータの全厚については、東洋精機製の微小測厚器であるKBM(商標)を用いて、23±2℃の雰囲気温度にて測定した。絶縁多孔層の厚みは、セパレータの全厚よりポリオレフィン多孔膜の厚みを差し引いた値とした。
10cm×10cm角の試料をポリオレフィン多孔膜から切り取り、その体積(cm3)と質量(g)とを求め、それらと膜密度(g/cm3)とから、下記式を用いて、空孔率を計算した。
空孔率=(体積−質量/膜密度)/体積×100
膜密度はポリエチレンを0.95、ポリプロピレンを0.91として、組成の分率から計算した。尚、種々の膜密度として、JIS K−7112の密度勾配管法によって求めた密度を用いることもできる。
カトーテック製のKES−G5(商標)ハンディー圧縮試験器を用いて、針先端の曲率半径0.5mm、突刺速度2mm/秒の条件で、23±2℃の雰囲気温度にて突刺試験を行った。最大突刺荷重(g)を計測し、その値を突刺強度とした。
試料を、MD及びTDのそれぞれ測定する方向に合わせて、100×50mmに切り取った。その試料片を100℃のオーブン中に非拘束で1時間保持した後、室温にて、MD及びTDのそれぞれの長さを測定した。((加熱前の長さ)−(加熱後の長さ))×100/(加熱前の長さ)を熱収縮率とした。
キャピラリー内部の流体は、流体の平均自由工程がキャピラリーの孔径より大きいときはクヌーセンの流れに、小さい時はポアズイユの流れに従うことが知られている。そこで、微多孔膜の透気度測定における空気の流れがクヌーセンの流れに、また多孔膜の透水度測定における水の流れがポアズイユの流れに従うと仮定する。
この場合、多孔膜の孔径d(μm)と曲路率τa(無次元)は、空気の透過速度定数Rgas(m3/(m2・sec・Pa))、水の透過速度定数Rliq(m3/(m2・sec・Pa))、空気の分子速度ν(m/sec)、水の粘度η(Pa・sec)、標準圧力Ps(=101325Pa)、気孔率ε(%)、膜厚L(μm)から、次式を用いて求めることができる。
d=2ν×(Rliq/Rgas)×(16η/3Ps)×106
τa=(d×(ε/100)×ν/(3L×Ps×Rgas))1/2
ここで、Rgasは透気度(sec)から次式を用いて求められる。
Rgas=0.0001/(透気度×(6.424×10−4)×(0.01276×101325))
また、Rliqは透水度(cm3/(cm2・sec・Pa))から次式を用いて求められる。
Rliq=透水度/100
尚、透水度は次のように求められる。直径41mmのステンレス製の透液セルに、予めアルコールに浸しておいた多孔膜をセットし、該膜のアルコールを水で洗浄した後、約50000Paの差圧で水を透過させ、120sec間経過した際の透水量(cm3)より、単位時間・単位圧力・単位面積当たりの透水量を計算し、これを透水度とした。
また、νは気体定数R(=8.314)、絶対温度T(K)、円周率π、空気の平均分子量M(=2.896×10−2kg/mol)から次式を用いて求められる。
ν=((8R×T)/(π×M))1/2
さらに、孔数B(個/μm2)は、次式より求められる。
B=4×(ε/100)/(π×d2×τa)
<ポリオレフィン多孔膜のみ>
日本電子社製ECA400を用いて、パルス磁場勾配核磁気共鳴法(PFG−NMR法)より得られるセパレータに含浸されたメチルエチルカーボネートの30℃における膜厚方向の拡散係数(D)を算出した。3.5mm径に打ち抜き、メチルエチルカーボネートを含浸させたセパレータをNMR対称型ミクロ試料管中に、高さ5mmとなるように積層させ、30℃でPFG−NMRの測定を行った。NMRシーケンスにはbpp−led−DOSY法を用いた。拡散係数Dと測定パラメータには、ln(E/E0)=−D×γ2×g2×δ2×(Δ−δ/3)(ここで、E:各測定点でのピーク強度、E0:PFGを与えない場合のピーク強度、γ:核スピンの磁気回転比、δ:PFG照射時間、g:PFG強度、Δ:拡散時間を示す。)が成り立つ。Y軸をln(E/E0)、X軸をγ2×g2×δ2×(Δ−δ/3)として、gを10点以上変化させてプロットを行い、ln(E/E0)が0〜−2の領域でプロットを直線近似することで、その傾きからDを算出した。Δ、δ、gは任意の変数であるが、Δについては下記の条件を満たす必要がある。
セパレータの平均孔径<2×(ε×D×Δ)1/2
次いで、ε×D=εα×D0(ここで、ε:膜の空孔率、D0:自由空間中での30℃におけるメチルエチルカーボネートの拡散係数、α:ブルッグマン指数を示す)よりブルッグマン指数を算出した。
日本電子社製ECA400を用いて、パルス磁場勾配核磁気共鳴法(PFG−NMR法)より得られるセパレータに含浸されたメチルエチルカーボネートの30℃における膜厚方向の拡散係数(D)を算出した。3.5mm径に打ち抜き、メチルエチルカーボネートを含浸させたセパレータをNMR対称型ミクロ試料管中に、高さ5mmとなるように積層させ、30℃でPFG−NMRの測定を行った。NMRシーケンスにはbpp−led−DOSY法を用いた。拡散係数Dと測定パラメータには、ln(E/E0)=−D×γ2×g2×δ2×(Δ−δ/3)(ここで、E:各測定点でのピーク強度、E0:PFGを与えない場合のピーク強度、γ:核スピンの磁気回転比、δ:PFG照射時間、g:PFG強度、Δ:拡散時間を示す。)が成り立つ。Y軸をln(E/E0)、X軸をγ2×g2×δ2×(Δ−δ/3)として、gを10点以上変化させてプロットを行い、ln(E/E0)が0〜−2の領域でプロットを直線近似することで、その傾きからDを算出した。Δ、δ、gは任意の変数であるが、Δについては下記の条件を満たす必要がある。
セパレータの平均孔径<2×(ε×D×Δ)1/2
セパレータがポリオレフィン多孔膜と絶縁多孔膜の積層多孔膜である場合には、ポリオレフィン多孔膜中のメチルエチルカーボネートと絶縁多孔層中のメチルエチルカーボネートがPFG−NMR法で別々のピークとして検出される。このため、それぞれのピークについて上記のプロットと直線近似を行い、30℃におけるポリオレフィン多孔膜中のメチルエチルカーボネートの膜厚方向の拡散係数と、30℃における絶縁多孔層中のメチルエチルカーボネートの膜厚方向の拡散係数を算出する。
次いで、L1/(L1+L2)×ε1×D1+L2/(L1+L2)×ε2×D2=(L1/(L1+L2)×ε1+L2/(L1+L2)×ε2)α×D0(ここで、L1:ポリオレフィン多孔膜の膜厚、L2:絶縁多孔膜の膜厚、ε1:ポリオレフィン多孔膜の空孔率、ε2:絶縁多孔層の空孔率、D1:30℃におけるポリオレフィン多孔膜中のメチルエチルカーボネートの膜厚方向の拡散係数、D2:30℃における絶縁多孔膜中のメチルエチルカーボネートの膜厚方向の拡散係数、D0:自由空間中での30℃におけるメチルエチルカーボネートの拡散係数、α:ブルッグマン指数を示す。)よりブルッグマン指数を算出した。
無機フィラーを蒸留水に加え、ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を少量添加してから超音波ホモジナイザーで1分間分散させた後、レーザー式粒度分布測定装置(日機装(株)製マイクロトラックMT3300EX)を用いて粒径分布を測定し、累積頻度が50%となる粒径(Dp50)を平均粒径(μm)とした。
[正極電極体の作製]
破砕されたヤシ殻炭化物を、小型炭化炉において窒素中、500℃で3時間炭化処理した。処理後の該炭化物を賦活炉内へ入れ、1kg/hの水蒸気を予熱炉で加温した状態で該賦活炉内へ投入し、900℃まで8時間かけて昇温した後に取り出し、窒素雰囲気下で冷却して活性炭を得た。得られた活性炭を10時間通水洗浄した後に水切りした。その後、115℃に保持された電気乾燥機内で10時間乾燥した後に、ボールミルで1時間粉砕を行い、活性炭1を得た。島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2000J)を用いて平均粒径を測定した結果、4.2μmであった。また、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)で、細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積は2360m2/g、メソ孔量(V1)は0.52cc/g、マイクロ孔量(V2)は0.88cc/gであった。
活性炭1を80.8質量部、ケッチェンブラック6.2質量部及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を10質量部、PVP(ポリビニルピロリドン)を3.0質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを厚み15μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、乾燥し、プレスして、活物質層の厚みが55μmの片面正極電極体を得た。同様に、アルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスして、両面正極電極体を得た。
市販のヤシ殻活性炭について、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)で、窒素を吸着質として細孔分布を測定した。比表面積はBET1点法により求めた。また、上述したように、脱着側の等温線を用いて、メソ孔量はBJH法により、マイクロ孔量はMP法によりそれぞれ求めた。その結果、BET比表面積が1,780m2/g、メソ孔量が0.198cc/g、マイクロ孔量が0.695cc/g、V1/V2=0.29、平均細孔径が21.2Åであった。
このヤシ殻活性炭150gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:50℃)270gを入れたステンレス製バットの上に置き、電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置して、熱反応を行った。熱処理は窒素雰囲気下で、600℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持することによって行い、続いて自然冷却により60℃まで冷却した後、炉から取り出し、負極材料となる複合多孔性材料1を得た。得られた複合多孔性材料1を上記活性炭1と同様に測定したところ、BET比表面積が262m2/g、メソ孔量(Vm1)が0.1798cc/g、マイクロ孔量(Vm2)が0.0843cc/g、Vm1/Vm2=2.13であった。
上記複合多孔性材料1を83.4質量部、アセチレンブラックを8.3質量部及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を8.3質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーをエキスパンド銅箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスして、負極活物質層の厚みが60μmの負極電極体を得た。この両面負極電極体の片面に、複合多孔性材料1の単位重量あたり760mAh/gに相当するリチウム金属箔を貼り付けた。
セパレータ1
純ポリマーとしてMvが25万及び70万のポリエチレンのホモポリマーをそれぞれ重量比で50:50の割合で準備した。上記純ポリマー99質量%に酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を1.0質量%添加し、タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドすることにより、ポリマー等混合物を得た。得られたポリマー等混合物を、系内を窒素置換した二軸押出機へ窒素雰囲気下でフィーダーにより供給した。また、可塑剤として流動パラフィンを押出機のシリンダーにプランジャーポンプにより注入した。二軸押出機により溶融混練し、押し出される全混合物中に占める流動パラフィンの割合が68質量%(すなわち、ポリマー等混合物(PC)の割合が32質量%)となるように、フィーダー及びポンプを調整した。溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数100rpm、吐出量12kg/時とした。
続いて、得られた溶融混練物を、T−ダイを経て、表面温度40℃に制御された冷却ロール上に押し出してキャストすることにより、厚み1600μmのゲルシートを得た。
次に、得られたゲルシートを同時二軸テンター延伸機に導き、二軸延伸を行い延伸シートを得た。設定延伸条件は、MDの延伸倍率7.0倍、TDの延伸倍率6.1倍、設定温度121℃であった。
次いで、延伸シートをメチルエチルケトン槽に導き、メチルエチルケトン中に充分に浸漬して、延伸シートから流動パラフィンを抽出除去し、その後、メチルエチルケトンを乾燥除去した。
次に、メチルエチルケトンを乾燥除去した延伸シートをTDテンターに導き、熱固定を行った。熱固定温度を121℃、TD最大倍率を2.0倍、緩和率を0.90倍とした。得られたポリオレフィン多孔膜は、厚み16μm、空孔率65%、孔径0.05μm、孔数190個/μm2であった。
次に、得られたポリオレフィン多孔膜の片面に、絶縁アルミナ粒子を分散した塗工液をマイクログラビアコーターを用い塗布し、60℃で乾燥することでポリオレフィン多孔膜上に厚み5μmの絶縁多孔膜を形成した。尚、塗工液は、平均粒径(Dp50)が1.0μmになるようにビーズミルにて粒度調整したアルミナ96.0質量部、樹脂バインダーとしてアクリルラテックス(固形分濃度40%、平均粒径145nm)4.0質量部、及びポリカルボン酸アンモニウム水溶液(サンノプコ社製SNディスパーサント5468)1.0質量部を、100質量部の水に均一に分散させて調合した。
こうして得られた微多孔膜セパレータ1の各種特性の評価結果を、組成と共に以下の表1に示す。
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とを1:4体積比で混合した溶媒に1mol/lの濃度でLiPF6を溶解して得た溶液を電解液として使用した。
得られた片面正極電極体、両面正極電極体、及び両面負極電極体を、100mm×100mmにカットした。次に、最上面と最下面は片面正極電極体を用い、中間部は、両面負極電極体20枚と両面正極電極体19枚とを、微多孔膜セパレータ1を介して交互に積層した後、負極電極体と正極電極体に電極端子を接続して電極積層体とした。この電極積層体をラミネートフィルムからなる外装体内に挿入し、電極端子の端部を引き出した状態で上記電解液を注入して該外装体を密閉し、リチウムイオンキャパシタを組立てた。
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は78%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、49%であった。
更に、耐久性試験として、作製したキャパシタを、25℃において300Cの電流量にて、1サイクルの電圧幅2.0Vから4.0Vまで、定電流充電定電流放電を繰り返すサイクル試験を行った。300Cの電流量において、試験開始時(10サイクル目)に対する10万サイクル経過後における容量維持率を測定した。ここでいう容量維持率とは、{(10万サイクル経過後における放電容量)/(10サイクル目での放電容量)}×100で表される数値とする。10万サイクル経過後における容量維持率は88%であった。
試験機:島津オートグラフAG−X
釘:φ2.5mm−SUS304
評価について(図2):図2に示すように、セル(3)を水平に固定し、セル中央部の釘刺し位置(8)に、10mm/secの速度で釘を貫通するまで刺した後、ラミネート表面の温度測定位置(6,7)に張り付けた熱電対にて温度を測定し、その最大温度を求めた。また、発生するガス及び発煙の量を観察し、そしてキャパシタの開封状況を観察した。結果を以下の表1に示す。尚、図2において、ヒートシール部分(9)には、電極体又は電解液は含まれていない。
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[セパレータの作製]
セパレータ2
絶縁アルミナ粒子のかわりに、平均粒径(Dp50)が2.0μmになるようにビーズミルにて粒度調整したチタニアを用いたこと以外は、実施例1と同様な手法により、セパレータ2を作製した。こうして得られた微多孔膜セパレータ2の各種特性の評価結果を、組成等と共に以下の表1に示す。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
得られた微多孔膜セパレータ2を用いて、実施例1と同様な条件にて、リチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は79%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、48%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は86%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。得られた結果を以下の表1に示す。
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[セパレータの作製]
セパレータ3
純ポリマーとしてMvが25万及び70万のポリエチレンのホモポリマーをそれぞれ重量比で50:50の割合で準備した。上記純ポリマー99質量%に酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を1.0質量%添加し、タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドすることにより、ポリマー等混合物を得た。得られたポリマー等混合物を、系内を窒素置換した二軸押出機へ窒素雰囲気下でフィーダーにより供給した。また、可塑剤として流動パラフィンを押出機のシリンダーにプランジャーポンプにより注入した。二軸押出機により溶融混練し、押し出される全混合物中に占める流動パラフィンの割合が65質量%(すなわち、ポリマー等混合物(PC)の割合が35質量%)となるように、フィーダー及びポンプを調整した。溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数100rpm、吐出量12kg/時とした。
続いて、得られた溶融混練物を、T−ダイを経て、表面温度40℃に制御された冷却ロール上に押し出してキャストすることにより、厚み2000μmのゲルシートを得た。
次に、得られたゲルシートを同時二軸テンター延伸機に導き、二軸延伸を行い延伸シートを得た。設定延伸条件は、MDの延伸倍率7.0倍、TDの延伸倍率6.1倍、設定温度125℃であった。
次いで、延伸シートをメチルエチルケトン槽に導き、メチルエチルケトン中に充分に浸漬して、延伸シートから流動パラフィンを抽出除去し、その後、メチルエチルケトンを乾燥除去した。
次に、メチルエチルケトンを乾燥除去した延伸シートをTDテンターに導き、熱固定を行った。熱固定温度を133℃、TD最大倍率を1.8倍、緩和率を0.83倍とした。得られたポリオレフィン多孔膜は、厚み16μm、空孔率41%、孔径0.085μm、孔数40個/μm2であった。
次に、得られたポリオレフィン多孔膜の片面に、絶縁アルミナ粒子を分散した塗工液をマイクログラビアコーターを用い塗布し、60℃で乾燥することでポリオレフィン多孔膜上に5μm厚みの絶縁多孔層を形成した。なお、塗工液は、平均粒径(Dp50)が1.0μmになるようにビーズミルにて粒度調整したアルミナ96.0質量部、樹脂バインダーとしてポリビニルアルコール(平均重合度1700、ケン化度99%以上)4.0質量部、及びポリカルボン酸アンモニウム水溶液(サンノプコ社製SNディスパーサント5468)1.0質量部を、100質量部の水に均一に分散、溶解させて調合した。
こうして得られた微多孔膜セパレータ3の各種特性の評価結果を、組成と共に以下の表1に示す。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
セパレータ3を用いて、実施例1と同様な条件にて、リチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は67%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、28%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は87%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。得られた結果を以下の表1に示す。
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[セパレータの作製]
セパレータ4
実施例1で得られたポリオレフィン多孔膜に、絶縁粒子と樹脂バインダーの混合物を塗布せずに、ポリオレフィン多孔膜をセパレータ4として使用した。セパレータ4の各種特性の評価結果を以下の表1に示す。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
実施例1と同様な条件にて、リチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は82%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、55%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は60%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。得られた結果を以下の表1に示す。
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[セパレータの作製]
セパレータ1を使用した。セパレータ1の各種特性の評価結果を以下の表2に示す。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
得られた片面正極電極体、両面正極電極体、および両面負極電極体を、100mm×100mmにカットした。次に、最上面と最下面は片面正極電極体を用い、中間部は、両面負極電極体20枚と両面正極電極体19枚とを、セパレータ1の絶縁多孔膜が負極電極体と接するように、セパレータを介して交互に積層した後、負極電極体と正極電極体に電極端子を接続して電極積層体とした。この電極積層体をラミネートフィルムからなる外装体内に挿入し、電極端子の端部を引き出した状態で上記電解液を注入して該外装体を密閉し、リチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は78%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、49%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は88%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。得られた結果を以下の表2に示す。
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[セパレータの作製]
セパレータ1を使用した。セパレータ1の各種特性の評価結果を表2に示す。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
得られた片面正極電極体、両面正極電極体、および両面負極電極体を、100mm×100mmにカットした。次に、最上面と最下面は片面正極電極体を用い、中間部は、両面負極電極体20枚と両面正極電極体19枚とを、セパレータ1の絶縁多孔膜が正極電極体と接するように、セパレータを介して交互に積層した後、負極電極体と正極電極体に電極端子を接続して電極積層体とした。この電極積層体をラミネートフィルムからなる外装体内に挿入し、電極端子の端部を引き出した状態で上記電解液を注入して該外装体を密閉し、リチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は72%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、42%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は84%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。得られた結果を以下の表2に示す。
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[セパレータの作製]
セパレータ1において更に片面にも絶縁多孔膜を同様の方法で作製したセパレータ5を得た。セパレータ5の各種特性の評価結果を以下の表2に示す。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
得られた片面正極電極体、両面正極電極体、および両面負極電極体を、100mm×100mmにカットした。次に、最上面と最下面は片面正極電極体を用い、中間部は、両面負極電極体20枚と両面正極電極体19枚とを、セパレータを介して交互に積層した後、負極電極体と正極電極体に電極端子を接続して電極積層体とした。この電極積層体をラミネートフィルムからなる外装体内に挿入し、電極端子の端部を引き出した状態で上記電解液を注入して該外装体を密閉し、リチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は59%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、11%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は89%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。得られた結果を表2に示す。
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[セパレータの作製]
セパレータ1において絶縁多孔膜の厚みを2.5μmにすること以外は同様の方法で作製したセパレータ6を得た。セパレータ6の各種特性の評価結果を以下の表3に示す。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
追加実施例1と同様にリチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は81%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、51%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は69%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。得られた結果を以下の表3に示す。
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[セパレータの作製]
セパレータ1において絶縁多孔膜の厚みを10μmにすること以外は同様の方法で作製したセパレータ7を得た。セパレータ7の各種特性の評価結果を以下の表3に示す。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
実施例4と同様にリチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は72%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、35%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は90%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。得られた結果を以下の表3に示す。
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[セパレータの作製]
セパレータ1において絶縁多孔膜の厚みを16μmにすること以外は同様の方法で作製したセパレータ8を得た。セパレータ8の各種特性の評価結果を以下の表3に示す。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
実施例4と同様にリチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は68%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、29%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は90%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。得られた結果を以下の表3に示す。
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[セパレータの作製]
セパレータ1において絶縁多孔膜の厚みを21μmにすること以外は同様の方法で作製したセパレータ9を得た。セパレータ9の各種特性の評価結果を以下の表3に示す。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
実施例4と同様にリチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は58%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、7%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は86%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。得られた結果を以下の表3に示す。
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[セパレータの作製]
セパレータ1においてポリオレフィン多孔膜の厚みを4μmにすること以外は同様の方法で作製したセパレータ10を得た。セパレータ10の各種特性の評価結果を以下の表4に示す。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
実施例4と同様にリチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は60%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、31%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は68%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。得られた結果を以下の表4に示す。
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[セパレータの作製]
セパレータ1においてポリオレフィン多孔膜の厚みを20μmにすること以外は同様の方法で作製したセパレータ11を得た。セパレータ11の各種特性の評価結果を以下の表4に示す。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
実施例4と同様にリチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は71%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、35%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は86%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。得られた結果を以下の表4に示す。
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[セパレータの作製]
セパレータ1においてポリオレフィン多孔膜の厚みを30μmにすること以外は同様の方法で作製したセパレータ12を得た。セパレータ12の各種特性の評価結果を以下の表4に示す。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
実施例4と同様にリチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は68%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、27%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は84%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。得られた結果を以下の表4に示す。
[正極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[負極電極体の作製]
実施例1と同様に作製した。
[セパレータの作製]
セパレータ1においてポリオレフィン多孔膜の厚みを37μmにすること以外は同様の方法で作製したセパレータ13を得た。セパレータ13の各種特性の評価結果を表4に示す。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
実施例4と同様にリチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は51%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、10%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は69%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。得られた結果を以下の表4に示す。
[正極電極体の作製]
フェノール樹脂を焼成炉にて窒素雰囲気下、600℃で2時間炭化処理を行った。その後、焼成物をボールミルにて粉砕し、分級を行い平均粒径が7μmの炭化物を得た。
この炭化物とKOHを重量比1:5で混合し、焼成炉にて混合物を窒素雰囲下、800℃で1時間、加熱して賦活化を行った。その後2mol/Lに調整した希塩酸で1時間撹拌洗浄を行った後、蒸留水でPH5〜6の間で安定するまで煮沸洗浄した後に乾燥を行い、活性炭2を作製した。
本活性炭2をユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)で、細孔分布を前述の方法により、BET比表面積をBET1点法により、求めた。その結果、メソ孔量V1は1.50cc/g、マイクロ孔量V2は2.28cc/g、BET比表面積は3627m2/gであった。
この活性炭2を正極活物質に用い、活性炭83.4質量部、導電性カーボンブラック(ライオン株式会社ケッチェンブラックECP600JD)8.3質量部及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン、クレハ社製KFポリマー W#9300、融点163℃)8.3質量部をNMP(N−メチルピロリドン)と混合して、スラリー状の活物質層を得た。次いで、得られた活物質層を厚さ15μmのアルミニウム箔の片面および両面に塗布し、乾燥した。電極活物質層のかさ密度は0.28g/cm3であった。なお、電極活物質層のかさ密度は、十分に乾燥させた電極を露点が−60℃以下に管理されたドライルームにて、集電体を除いた電極の重量と集電体の厚さを除いた電極活物質層の厚さを求めて、計算をして求めた。厚みの測定は小野測器DG−4120を用いた。
活物質層を塗布した電極を図1の巻出しロール位置に設置し、140℃に加熱した加熱プレスロール装置(由利ロール社製MSC−31)にて110kgf/cmの線圧で、1回目にロール間距離60μm、2回目に30μmで加圧して、電極活物質層のかさ密度0.46g/cm3、正極活物質層の片面厚さ67μmの正極を得た。プレス速度は5m/分で行った。加熱ロールの温度の測定方法はKEYENCE社製、赤外放射温度計IT2−60にてロール表面温度を非接触で検出し、PID制御にて設定温度に調節した。また、線圧は加圧ロールに掛かる圧力と上下のロールが接触する長さで計算をした。
市販のヤシ殻活性炭をユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)で、窒素を吸着質として細孔分布を測定した。比表面積はBET1点法により求めた。また、上述したように、脱着側の等温線を用いて、メソ孔量はBJH法により、マイクロ孔量はMP法によりそれぞれ求めた。その結果、BET比表面積が1,780m2/g、メソ孔量(V1)が0.198cc/g、マイクロ孔量(V2)が0.695cc/g、V1/V2=0.29、平均細孔径が21.2Åであった。この活性炭150gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:90℃)150gを入れたステンレス製バットの上に置き、電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置して、熱反応を行った。熱処理は窒素雰囲気下で、630℃まで2時間で昇温し、同温度で4時間保持し、続いて自然冷却により60℃まで冷却した後、炉から取り出し、負極材料となる複合多孔性材料2を得た。
複合多孔性材料2は、被着させた炭素質材料の活性炭に対する重量比率は38%、BET比表面積が434m2/g、メソ孔量(Vm1)が0.220cc/g、マイクロ孔量(Vm2)が0.149cc/gであった。さらに、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2000J)を用いて平均粒子径を測定した結果、2.88μmであった。
次いで、上記で得た複合多孔性材料2を83.4重量部、アセチレンブラックを8.3重量部およびPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を8.3重量部とNMP(N−メチルピロリドン)を混合して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーをエキスパンド銅箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスして、負極活物質層の厚さが32μmの負極を得た。
上記で得られた負極を3cm2になるように切り取り、作用極が負極、対極がリチウム、参照極がリチウム、電解液がエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを体積比1:4で混合した溶媒に1mol/LとなるLiPF6を溶解したものにおける3極式セルにおいて、電流値が負極活物質当り100mA/gとなる値であり、かつセル温度が45℃であるという条件下で、定電流にてリチウムを充電し、負極電位が1mVになると定電圧に切り替えて更に充電をし、定電流定電圧充電で合計40時間後の充電量を初回リチウム充電量とし、上記充電後、電流値が負極活物質当り50mA/gとなる値であり、かつセル温度が45℃であるという条件下で、定電流にて負極電位が2.5Vになるまでリチウムを放電した際の放電量を初回リチウム放電量としたとき、初回リチウム充電量は1510mAh/gであり、そして初回リチウム放電量のうち、負極電位が0〜0.5Vの間にあるときの放電量は165mAh/gであった。
さらに、両面負極電極体の片面に、複合多孔性材料2の単位重量あたり1460mAh/gに相当するリチウム金属箔を貼り付けた。
セパレータ1を用いた。
[電解液の調製]
実施例1と同様に作製した。
[キャパシタの組立]
実施例4と同様にリチウムイオンキャパシタを組立てた。
[特性評価]
作製したキャパシタを25℃の環境下で特性評価を行った。1Cの電流量で4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を2時間行った。続いて、1Cの電流量で2.0Vまで放電した。次に、同上の充電を2時間行った後、300Cの電流値で2.0Vまで放電した。1Cでの放電容量に対する300Cでの放電容量の比率は85%であった。次に、−20℃の環境下で特性評価を行った。上記と同様な充電を行い、200Cの電流量で2.0Vまで放電した。25℃の1Cでの放電容量に対する、−20℃の200Cでの放電容量の比率は、61%であった。
更に、実施例1と同様に耐久性試験を実施した結果、10万サイクル経過後における容量維持率は89%であった。
[釘刺し試験]
実施例1と同様の手法により釘刺し試験を行なった。ラミネート表面最大温度は50℃、ガス及び発煙はなし、更にラミネートは開封しなかった。
2 絶縁多孔膜
3 セル
4 正極端子
5 負極端子
6 温度測定位置
7 温度測定位置
8 釘刺し位置
9 ヒートシール部分
10 巻き出しロール
11 ガイド
12 加熱プレスロール
13 巻取りロール
14 油圧シリンダー
15 正極
Claims (11)
- ポリオレフィン多孔膜の片面のみに絶縁多孔膜を積層した積層セパレータを介して、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料からなる負極活物質を含有する負極電極体と、活性炭である正極活物質を含有する正極電極体とを対向するように積層してなる電極積層体を、リチウムイオン含有電解質を含む非水系電解液とともに、外装体に収納してなるリチウムイオンキャパシタであって、該絶縁多孔膜が該負極電極体と接していることを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。
- 前記絶縁多孔膜は、無機フィラー及び樹脂バインダーを含む、請求項1に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記積層セパレータのポリオレフィン多孔膜の厚みが5μm以上35μm以下であり、該ポリオレフィン多孔膜に対する該絶縁多孔膜の厚みの比(該絶縁多孔膜の厚み/該ポリオレフィン多孔膜の厚み)が0.25〜1.00である、請求項1又は2に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記ポリオレフィン多孔膜の孔径が、0.01μm〜0.1μmであり、かつ孔数が100個/μm2〜250個/μm2である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記ポリオレフィン多孔膜の空孔率が、50%〜75%である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記ポリオレフィン多孔膜は、ポリエチレンから成る、請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記セパレータのメチルエチルカーボネートをプローブ分子として測定し、算出したブルッグマン指数が、2.5〜3.5である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 静電容量が100F以上である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記負極活物質が、活性炭の表面にピッチ炭を被着させることにより形成される複合多孔性材料である、請求項1〜8のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記複合多孔性材料が、初回リチウム充放電特性において、下記:
(1)充電量が1100mAh/g以上2000mAh/g以下である;及び
(2)0〜0.5Vの負極電位において、放電量が100mAh/g以上である;
を同時に満足することを特徴とする、請求項9に記載のリチウムイオンキャパシタ。 - 前記活性炭は、2600m2/g以上4500m2/g以下のBET比表面積を有し、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量V1(cc/g)が0.8<V1≦2.5であり、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量V2(cc/g)が0.92<V2≦3.0であり、かつ平均粒径が1μm以上30μm以下であり、そして前記正極電極体のうち前記正極活物質を含有する層は、0.40g/cm3以上0.70g/cm3以下のかさ密度を有する、請求項1〜10のいずれか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013009583 | 2013-01-22 | ||
JP2013009583 | 2013-01-22 | ||
PCT/JP2014/051115 WO2014115723A1 (ja) | 2013-01-22 | 2014-01-21 | リチウムイオンキャパシタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2014115723A1 JPWO2014115723A1 (ja) | 2017-01-26 |
JP6434311B2 true JP6434311B2 (ja) | 2018-12-05 |
Family
ID=51227514
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014558573A Active JP6434311B2 (ja) | 2013-01-22 | 2014-01-21 | リチウムイオンキャパシタ |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10242807B2 (ja) |
EP (1) | EP2950319B1 (ja) |
JP (1) | JP6434311B2 (ja) |
KR (1) | KR101696568B1 (ja) |
CN (1) | CN104937687B (ja) |
TW (1) | TWI541845B (ja) |
WO (1) | WO2014115723A1 (ja) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10236133B2 (en) * | 2012-09-20 | 2019-03-19 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Lithium ion capacitor |
EP2905793B1 (en) * | 2012-10-01 | 2019-05-22 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Nonaqueous lithium ion capacitor |
TWI573154B (zh) * | 2013-11-29 | 2017-03-01 | Asahi Chemical Ind | Lithium ion capacitors |
WO2015105136A1 (ja) * | 2014-01-09 | 2015-07-16 | 住友電気工業株式会社 | リチウムイオンキャパシタ用正極およびそれを用いたリチウムイオンキャパシタ |
JP2016072309A (ja) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 旭化成株式会社 | リチウムイオンキャパシタ |
JP2016096250A (ja) * | 2014-11-14 | 2016-05-26 | 旭化成株式会社 | リチウムイオンキャパシタ |
JP2017085037A (ja) * | 2015-10-30 | 2017-05-18 | 旭化成株式会社 | 非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体、及びそれを用いた非水系リチウム型蓄電素子 |
US9834112B2 (en) * | 2016-03-09 | 2017-12-05 | Ford Global Technologies, Llc | Battery state of charge estimation based on reduced order electrochemical models |
US10023064B2 (en) | 2016-03-10 | 2018-07-17 | Ford Global Technologies, Llc | Power capability estimation for vehicle battery systems |
US10040366B2 (en) | 2016-03-10 | 2018-08-07 | Ford Global Technologies, Llc | Battery terminal voltage prediction |
JP2018032588A (ja) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | 株式会社リコー | 非水電解液蓄電素子 |
US11316231B2 (en) * | 2016-09-02 | 2022-04-26 | Daramic, Llc | Battery separators with improved conductance, improved batteries, systems, and related methods |
JP2018056435A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 旭化成株式会社 | 非水系リチウム型蓄電素子 |
US20200220219A1 (en) * | 2017-02-07 | 2020-07-09 | Ford Cheer International Limited | Electrospun composite separator for electrochemical devices and applications of same |
KR101885781B1 (ko) * | 2017-07-05 | 2018-08-06 | (주)다오코리아 | 온열 매트 |
CN111435632B (zh) * | 2019-01-11 | 2021-11-09 | 中国石油大学(北京) | 一种锂离子电容器及其制备方法 |
CN115188602B (zh) * | 2022-07-11 | 2023-06-27 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 三维一体化碳管网格膜及其制备方法和制得的电容器器件 |
Family Cites Families (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4105897B2 (ja) * | 2002-05-27 | 2008-06-25 | 旭化成株式会社 | 負極材料、その製造方法及び蓄電素子 |
JP4139960B2 (ja) * | 2002-12-19 | 2008-08-27 | 日本電気株式会社 | 蓄電デバイス |
KR100699215B1 (ko) * | 2004-03-19 | 2007-03-27 | 가부시키가이샤 도모에가와 세이시쇼 | 전자부품용 세퍼레이터 및 그 제조 방법 |
JP2006059733A (ja) * | 2004-08-23 | 2006-03-02 | Tomoegawa Paper Co Ltd | 電子部品用セパレータ及びその製造方法 |
JP4886257B2 (ja) | 2005-09-22 | 2012-02-29 | 三菱樹脂株式会社 | 多孔積層体の製造方法および多孔積層体 |
JP2008186721A (ja) * | 2007-01-30 | 2008-08-14 | Asahi Kasei Chemicals Corp | 高耐熱性と高透過性を兼ね備えた多孔膜およびその製法 |
KR101227325B1 (ko) | 2007-01-30 | 2013-03-27 | 아사히 가세이 이-매터리얼즈 가부시키가이샤 | 다층 다공막 및 그의 제조 방법 |
JP4931083B2 (ja) | 2007-01-30 | 2012-05-16 | 旭化成イーマテリアルズ株式会社 | 多層多孔膜及びその製造方法 |
CN101861634B (zh) | 2007-11-16 | 2013-08-07 | 大阪瓦斯株式会社 | 非水锂基电存储装置的正极材料 |
US8248757B2 (en) | 2007-11-16 | 2012-08-21 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Nonaqueous lithium-type storage element |
KR101040482B1 (ko) | 2008-03-04 | 2011-06-09 | 주식회사 엘지화학 | 다공성 코팅층이 코팅된 세퍼레이터 및 이를 구비한 전기화학소자 |
JP2009224391A (ja) * | 2008-03-13 | 2009-10-01 | Japan Gore Tex Inc | リチウムイオンキャパシタ用正極材およびリチウムイオンキャパシタ |
WO2010021248A1 (ja) | 2008-08-19 | 2010-02-25 | 帝人株式会社 | 非水系二次電池用セパレータ |
JP2010080419A (ja) | 2008-08-28 | 2010-04-08 | Kuraray Co Ltd | 導電性シートおよび電極用シート |
JP2010267875A (ja) * | 2009-05-15 | 2010-11-25 | Asahi Kasei Corp | 非水系リチウム型蓄電素子用負極、及びそれを用いた非水系リチウム型蓄電素子 |
JP5479969B2 (ja) | 2010-03-25 | 2014-04-23 | 旭化成株式会社 | 非水系リチウム型蓄電素子用負極材料、及びそれを用いた非水系リチウム型蓄電素子 |
CN102844909B (zh) * | 2010-04-16 | 2016-03-02 | 日立麦克赛尔株式会社 | 电化学元件用隔膜及使用其的电化学元件、以及该电化学元件用隔膜的制造方法 |
JP5592745B2 (ja) | 2010-09-28 | 2014-09-17 | 旭化成イーマテリアルズ株式会社 | ポリオレフィン製微多孔膜 |
JP5942127B2 (ja) * | 2010-11-08 | 2016-06-29 | 旭化成株式会社 | ポリオレフィン微多孔膜、及び蓄電デバイス |
JP2012114374A (ja) * | 2010-11-26 | 2012-06-14 | Taiyo Yuden Co Ltd | 電気化学デバイス |
JP5940529B2 (ja) | 2011-06-10 | 2016-06-29 | 東邦チタニウム株式会社 | チタン酸リチウム凝集体及びこれを用いたリチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ |
JP6003041B2 (ja) * | 2011-11-10 | 2016-10-05 | 日産自動車株式会社 | 耐熱絶縁層付セパレータ |
HUE035696T2 (en) | 2012-03-28 | 2018-05-28 | Asahi Chemical Ind | Porous film and multilayer porous film |
-
2014
- 2014-01-21 EP EP14743981.4A patent/EP2950319B1/en active Active
- 2014-01-21 US US14/762,620 patent/US10242807B2/en active Active
- 2014-01-21 KR KR1020157014193A patent/KR101696568B1/ko active IP Right Grant
- 2014-01-21 TW TW103102156A patent/TWI541845B/zh active
- 2014-01-21 CN CN201480005375.5A patent/CN104937687B/zh active Active
- 2014-01-21 WO PCT/JP2014/051115 patent/WO2014115723A1/ja active Application Filing
- 2014-01-21 JP JP2014558573A patent/JP6434311B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104937687A (zh) | 2015-09-23 |
WO2014115723A1 (ja) | 2014-07-31 |
EP2950319A4 (en) | 2016-02-24 |
US20150371788A1 (en) | 2015-12-24 |
TW201443943A (zh) | 2014-11-16 |
CN104937687B (zh) | 2018-10-02 |
JPWO2014115723A1 (ja) | 2017-01-26 |
US10242807B2 (en) | 2019-03-26 |
KR20150080596A (ko) | 2015-07-09 |
EP2950319A1 (en) | 2015-12-02 |
EP2950319B1 (en) | 2020-08-12 |
TWI541845B (zh) | 2016-07-11 |
KR101696568B1 (ko) | 2017-01-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6434311B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP6373761B2 (ja) | 非水系リチウム型蓄電素子 | |
JP6029675B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP6006325B2 (ja) | 蓄電素子用電極、及び非水系リチウム型蓄電素子 | |
JP7042589B2 (ja) | 負極 | |
TWI688151B (zh) | 非水系鋰蓄電元件 | |
JP6453560B2 (ja) | 非水系リチウム型蓄電素子用負極、及びそれを用いた非水系リチウム型蓄電素子 | |
JP2018056435A (ja) | 非水系リチウム型蓄電素子 | |
JP2015198164A (ja) | 非水系リチウム型蓄電素子 | |
JP6931577B2 (ja) | 非水系リチウム型蓄電素子 | |
JP2020013875A (ja) | 非水系リチウム蓄電素子 | |
JP6754657B2 (ja) | 非水系リチウム型蓄電素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161018 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171003 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171201 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180515 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180810 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20180926 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181030 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181108 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6434311 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |